Blut-Hirnschranke-Modelle ECV304-C6 und HBMEC und ihre Anwendung in Transmigrationsuntersuchungen von Streptokokken und afrikanischen Trypanosomen

Untucht, Christopher

Die Blut-Hirnschranke (BHS) ist eine physiologische Barriere zwischen dem Blutkreislauf und dem zentralen Nervensystem (ZNS) und schützt dieses vor Toxinen und Pathogenen. Einige Streptokokkenarten sind als opportunistische Krankheitserreger fähig, die BHS zu durchbrechen und eine lebensbedrohliche Meningitis auszulösen. Auch einige eukaryontische Parasiten wie afrikanische Trypanosomen vermehren sich im Blutstrom und überwinden schließlich die BHS. Trypanosoma brucei gambiense und T. b. rhodesiense werden von der Tsetsefliege auf den Menschen übertragen und verursachen die tödliche humane afrikanische Schlafkrankheit. In dieser Arbeit wurden die BHS-Modelle ECV304-C6 und HBMEC für Transmigrationsstudien mit Streptokokken und Trypanosomen weiterentwickelt. Das optimierte ECV304-C6 Modell zeichnete sich durch eine selektive Permeabilität für den neuroinvasiven E. coli K1 im Vergleich zu dem apathogenen E. coli HB101 aus. Bei der Untersuchung der Transmigration verschiedener klinischer Streptokokkenisolate stellte sich in beiden BHS-Modellen heraus, dass das Transmigrationsverhalten unterschiedlicher Kapselserotypen nur in einigen Fällen mit der klinischen Charakterisierung korrelierte. Die Kapsellokusdeletion bei einem klinischen Serogruppe 7F Pneumokokkenisolat führte hingegen zu einer deutlichen Reduzierung der BHS-Transmigration. Die Transmigrationsuntersuchungen mit T. b. gambiense, T. b. rhodesiense und T. b. brucei im ECV304-C6 BHS-Modell demonstrierten eine effektive und bidirektionale Transmigration und belegen die Bedeutung des ZNS als Reservoir für rezidivierende Krankheitsverläufe. Die trypanosomale Transmigration über die BHS konnte durch neue Brucipain-Cysteinprotease-Inhibitoren effektiv verringert werden. Darüber hinaus zeigte sich das ECV304-C6 BHS-Modell bei der Untersuchung der Translokation von Arzneistoffen als eine selektive Barriere und ist damit bestens geeignet für die Untersuchung von Wirkstoffen gegen ZNS-invasive Pathogene. Die Durchführung erfolgreicher Transmigrationsuntersuchungen an BHS-Modellen wie in dieser Arbeit legt die Grundlage für die Verbesserung und Neuentwicklung von Therapien neuroinvasiver Infektionserkrankungen.

The blood-brain barrier (BBB) is a physiological barrier separating the blood circulation from the central nervous system (CNS) and protects the CNS from most toxins and pathogens. Some streptococcal species are opportunistic pathogens that manage to cross the BBB and cause life threatening meningitis. As well as some eukaryotic parasites like African trypanosomes they multiply within the bloodstream and finally invade the CNS. Trypanosoma brucei gambiense and T. b. rhodesiense are the causative agents of the fatal human African sleeping sickness. They are transmitted during a bite of an infected tsetse fly. In this work the BBB models ECV304-C6 and HBMEC were further developed for transmigration studies with streptococci and African trypanosomes. The optimized ECV304-C6 model showed a selective permeability for the neuro-invasive E. coli K1 in contrast to the apathogenic E. coli HB101. Transmigration analysis with different streptococcal clinical isolates revealed that the transmigration of different capsule serotypes correlates only within few cases with the clinical characterization. The deletion of the capsule locus from a serotype 7F pneumococcal clinical isolate resulted in a distinct reduction of BBB transmigration. Transmigration studies with T. b. gambiense, T. b. rhodesiense and T. b. brucei across the ECV304-C6 BBB model revealed an effective and bidirectional transmigration indicating the relevance of the CNS as a possible reservoir of a relapsing parasitemia. The trypanosomal transmigration was efficiently reduced by new brucipaine cysteine protease inhibitors. Furthermore the optimized ECV304-C6 BBB model was proven as a selective barrier for the translocation of pharmaceutical compounds. It is therefore eminently suitable for the screening of compounds active against CNS invasive pathogens. The performance of successful transmigration studies with BBB models as shown here is the first step towards the improvement and development of new therapies for neuro-invasive infectious diseases.

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Untucht, Christopher: Blut-Hirnschranke-Modelle ECV304-C6 und HBMEC und ihre Anwendung in Transmigrationsuntersuchungen von Streptokokken und afrikanischen Trypanosomen. 2011.

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